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西門子CPU412-1DP*處理器
西門子產(chǎn)品訂貨號：6ES7412-1XJ07-0AB0

西門子產(chǎn)品價格：98  RMB

西門子產(chǎn)品凈重：0.370 Kg

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概述

S7-400 是 SIMATIC 控制器家族功能zui為強大的 PLC。它可以成功實現(xiàn)全集成自動化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個用于制造業(yè)和過程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動化平臺，其主要特點是具有模塊化的結(jié)構(gòu)并擁有性能儲備。

S7-400

• 中端到性能范圍內(nèi)功能強大的 PLC
• 可滿足要求極為苛刻的任務(wù)的解決方案
• 模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動化任務(wù)進行調(diào)整
• 可實現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，適用十分靈活
• 連接方便
• *通信和聯(lián)網(wǎng)功能
• 操作方便，設(shè)計簡單，不含風(fēng)扇
• 任務(wù)增加時可順利擴展
• 多重計算：
  多個 CPU 在一個 S7-400 *控制器中同時運行。
  多重計算功能可對 S7-400 的總體性能進行分配。例如，可將復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)（如開環(huán)控制、計算或通信）進行拆分并分配給不同的 CPU。可以為每個 CPU 分配自己的 I/O。
• 模塊化：
  通過功能強大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口，可實現(xiàn)許多大量通信線路的高性能操作。例如，這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務(wù)的通信線路、一條用于高性能等距運動控制組件的通信線路和一條“正常”I/O 現(xiàn)場總線。另外，還可以實現(xiàn)額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。
• 工程組態(tài)和診斷：
  結(jié)合使用 SIMATIC 工程組態(tài)工具，可極為高效地對 S7-400 進行組態(tài)和編程，尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動化任務(wù)。為此，可以使用高級語言（如 SCL）以及用于順序控制、狀態(tài)圖和工藝圖的圖形化組態(tài)工具。

S7-400H

• 具有冗余設(shè)計的高可用性自動化系統(tǒng)。
• 用于具有很高故障安全要求的應(yīng)用：
  重新啟動成本很高、停產(chǎn)代價高昂、幾乎不需要監(jiān)視且維護選項較少的過程。
• 冗余設(shè)計的功能
• 提高 I/O 的可用性：切換式 I/O 配置
• 也可使用具有標(biāo)準(zhǔn)可用性的 I/O：單側(cè)配置
• 熱后備：發(fā)生故障時，自動切換到備用設(shè)備。
• 包含 2 個單獨機架或一個分隔式*機架的配置
• 通過冗余 PROFIBUS DP 或系統(tǒng)冗余 PROFINET I/O 來連接切換式 I/O。

S7-400F/FH

• 故障安全型自動化系統(tǒng)，適用于具有很高安全要求的工廠
• 符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
• 如果需要，也可通過冗余設(shè)計來實現(xiàn)容錯
• 不對安全相關(guān) I/O 進行額外接線
• 通過采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 實現(xiàn)安全通信
• 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
• 適用于非安全相關(guān)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模塊也可以在自動化系統(tǒng)中使用
• 隔離模塊用于在一個 ET 200M 的安全模式下組合使用故障安全模塊和標(biāo)準(zhǔn)模塊。

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基于PLC的發(fā)電機故障錄波系統(tǒng)的研究與設(shè)計

　　1、引言

　　發(fā)電機是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它的可靠運行對于保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。發(fā)電機故障錄波裝置所記錄的數(shù)據(jù)為工作人員正確分析發(fā)電機故障原因，研究事故對策，及時處理事故提供了可靠的依據(jù)，同時，根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)還可以分析系統(tǒng)的故障參數(shù)、各電氣量的變化規(guī)律，進行故障定位等，這些對于保證電力系統(tǒng)的安全可靠運行起著十分重要的作用?？删幊炭刂破?Programmable Logic Controller，簡稱PLC)作為工業(yè)控制的計算機，由于其結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良，抗干擾性能好，可靠性高，在機械、化工、橡膠、電力等行業(yè)工業(yè)控制現(xiàn)場已日趨廣泛地得到應(yīng)用，成為工控現(xiàn)場進行實時控制的zui主要的控制裝置。本文介紹一種利用可編程控制器和擴展模擬量模塊實現(xiàn)發(fā)電機故障錄波的方法。

　　2、系統(tǒng)的組成和工作原理

　　系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示，由上位計算機和1套PLC測控系統(tǒng)組成。PLC通過外部變送器、互感器與發(fā)電機組相連，發(fā)電機機端電壓U、定子電流I為三相交流電，分別經(jīng)電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)轉(zhuǎn)換成三相100V、5A的二次信號，發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流經(jīng)過分流器RS轉(zhuǎn)換成75m號，再經(jīng)過三相功率(含有功、無功)變送器、三相電壓變送器、直流電流變送器轉(zhuǎn)換成與其成比例的0～10V電壓信號后輸入到PLC的模擬量模塊。模擬量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)互感器、變送器的變換比例計算出機端電壓U、轉(zhuǎn)子電流If、有功功率P和無功功率Q的等機組運行量。PLC每隔20毫秒采樣一次，每40毫秒將采樣的數(shù)據(jù)保存到故障數(shù)據(jù)區(qū)中。當(dāng)發(fā)生故障后，PLC記錄下故障發(fā)生以后的13秒數(shù)據(jù)，故障數(shù)據(jù)記錄過程結(jié)束。當(dāng)PLC接收到上位機發(fā)送來的傳送命令時，PLC將記錄的故障數(shù)據(jù)通過串口通訊傳送給上位機。上位機將數(shù)據(jù)完整的接收下來，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理顯示出機組運行量U、If、P、Q、Ug(電壓給定)在故障前7秒、后13秒的波形曲線，這樣就可以對發(fā)電機故障進行分析了。在本系統(tǒng)中，PLC選用SIMATIC S7-226;模擬量模塊選用與S7-226配套的產(chǎn)品EM235;PLC與計算機之間通過PC/PPI電纜連接以串行方式進行通訊。

　　圖1 發(fā)電機故障錄波系統(tǒng)框圖

　　3、下位機程序設(shè)計

　　PLC屬于下位機，其程序共分為3個模塊，它們是初始化子程序、錄波子程序和通信子程序。以下將分別說明各模塊的設(shè)計思想。

　　3.1 初始化子程序

　　初始化子程序包括初始化自由口通信參數(shù)，設(shè)置接收命令RCV啟動和結(jié)束條件，數(shù)據(jù)指針賦初值，連接20ms采樣、接收和發(fā)送中斷。

　　3.2 錄波子程序

　　錄波子程序在20ms采樣中斷中調(diào)用，負責(zé)記錄機組運行量U、If、P、Q、Ug在故障前7秒、后13秒的數(shù)據(jù)。

　　在PLC中定義一個連續(xù)的數(shù)據(jù)區(qū)VW4000～VW8998，用來保存故障數(shù)據(jù)。每個運行量的數(shù)據(jù)占用1000字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，地址分配如下，U：VW4000～VW4998 If：VW5000～VW5998 P：VW6000～VW6998 Q：VW7000～VW7998 Ug：VW8000～VW8998。

　　錄波子程序每隔40毫秒將采樣的數(shù)據(jù)送到各自的數(shù)據(jù)塊中。為每個數(shù)據(jù)塊定義一個數(shù)據(jù)指針，其初始值分別指向各數(shù)據(jù)塊的首地址。每傳送一次數(shù)據(jù)，各指針向下移動2字節(jié)。故障前7秒數(shù)據(jù)(350字節(jié))是循環(huán)記錄的，即如果在故障到來之前數(shù)據(jù)已存滿，各數(shù)據(jù)指針將重新指向數(shù)據(jù)塊的首地址。定義指針index用來記錄20秒故障數(shù)據(jù)開始的位置。當(dāng)故障到來時，數(shù)據(jù)指針指向故障后13秒數(shù)據(jù)(后650字節(jié))，此時指針index將前7秒數(shù)據(jù)分為前后兩部分，正確的順序是將前后兩部分交換過來。當(dāng)后13秒數(shù)據(jù)記錄完后，錄波子程序結(jié)束。程序流程圖如圖2所示。

　　圖2 錄波子程序流程圖

　　3.3 通信子程序　　通信子程序負責(zé)與上位機通信，將存儲在數(shù)據(jù)區(qū)的故障數(shù)據(jù)通過串口分批傳送給上位機。上位機每發(fā)送一次傳送命令(用整數(shù)255表示)，PLC在接收中斷程序中判斷收到的字符是否為傳送命令，如果是則將傳送命令標(biāo)志M6.0置位并且在主程序中調(diào)用通信子程序。

　　定義指針tran_pointer用來指向待傳送數(shù)據(jù)的首地址，其初值為&VW4000，即指向數(shù)據(jù)區(qū)首地址。定義變量count用來記錄傳送的次數(shù)。在通信子程序中，首先停止自由口的接收，然后將以指針tran_pointer為首地址，大小200字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送到發(fā)送緩沖區(qū)中，接著用發(fā)送命令通過串口發(fā)送出去。每發(fā)送一次數(shù)據(jù)，將指針tran_pointer向下移動200字節(jié)，變量count值加1， M6.0復(fù)位。當(dāng)上位機發(fā)送完第26次傳送命令時，PLC中數(shù)據(jù)區(qū)VW4000～VW8998的5000個字節(jié)已發(fā)送完畢，再將額定電壓、額定電流、額定有功功率、額定無功功率和指針index發(fā)送出去， count值清零，指針tran_pointer重新初始化，M6.0復(fù)位。至此，一次完整的故障數(shù)據(jù)傳送過程結(jié)束。

　　4、上位機程序設(shè)計

　　上位機程序設(shè)計是以Visual Basic 6.0 為平臺，利用MS Comm控件，以事件驅(qū)動方式實現(xiàn)計算機與PLC之間串行通訊，完成數(shù)據(jù)間的交換。上位機程序包括用戶界面設(shè)計、通訊和數(shù)據(jù)處理程序、顯示程序等。

　　4.1 用戶界面設(shè)計

　　本系統(tǒng)中，設(shè)計了兩個窗體(Form1和Form2)。其中Form1為主界面，F(xiàn)orm2為波形顯示界面。在Form1中設(shè)計了一個MSComm控件、一個定時器控件(Timer1)和兩個按鈕控件(Command1和Command2)。其中Command1是開始按鈕，即按下時開始和PLC通訊，讀取其中的數(shù)據(jù)。Command2是顯示按鈕，即按下時調(diào)用窗體Form2，顯示每個運行量的波形曲線。在Form2中設(shè)計了一個圖片框控件(Picture1)，用來顯示圖形。

　　4.2 通訊和數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計

　　設(shè)置Timer1 的Interval屬性等于500，MSComm的InputMode屬性為二進制方式，RThreshold屬性等于5010。定時器每隔500毫秒發(fā)送一次傳送命令，當(dāng)發(fā)送到第26次時，關(guān)閉定時器，這時接收緩沖區(qū)將收到5010個字節(jié)的數(shù)據(jù)并觸發(fā)MSComm的OnComm事件。在OnComm事件子程序中，將接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)依次分配到全局數(shù)組U_data、If_data、P_data、Q_data和Ug_data中，再根據(jù)各運行量的額定值計算出百分比值。各個數(shù)組的前350字節(jié)需要根據(jù)指針I(yè)ndex進行調(diào)整，具體方法是將數(shù)組下標(biāo)范圍Index～349的數(shù)據(jù)移到前面，下標(biāo)范圍1～Index-1的數(shù)據(jù)移到后面。

　　4.3 顯示程序設(shè)計

　　在窗體Form2的裝載事件Form_Load中編寫圖形顯示程序。首先在圖片框控件Picture1中設(shè)置自定義坐標(biāo)系。設(shè)置ScaleMode屬性值等于3，即以象素為度量單位。然后在該坐標(biāo)系下畫出坐標(biāo)軸。X軸以秒為單位，曲線上兩點間的時間間隔是40毫秒，換算成象素等于1.47。Y軸以百分比為單位，每個單位刻度換算成象素等于2.1。zui后根據(jù)數(shù)組U_data、If_data、P_data、Q_data和Ug_data分別畫出相應(yīng)運行量的波形圖。以機端電壓波形為例，給出編寫的程序如下：

　　Picture1.DrawWidth = 1 ‘線寬為1

　　Picture1.CurrentX = 0 ‘當(dāng)前坐標(biāo)的位置

　　Picture1.CurrentY = U_data(0) * 2.1

　　For i= 1 To 499 ‘畫出曲線

　　Picture1.Line -(1.47 * i， U_data(i) * 2.1)， vbBlue

　　Next i

　　5、系統(tǒng)的運行與實驗結(jié)果

　　在系統(tǒng)運行前，要對PLC的通訊參數(shù)進行設(shè)置，包括波特率、校驗方式、數(shù)據(jù)位位數(shù)和停止位位數(shù)等，此設(shè)置要和上位機*。在S7-226中使用自由口模式和上位機進行串口通信時，可以通過特殊寄存器SMB30(端口0)或SMB130(端口1)來設(shè)定。下面以發(fā)電機空載停機實驗為例說明系統(tǒng)的運行過程。

　　當(dāng)發(fā)電機在正?？蛰d下停機時，PLC檢測到停機信號，將故障標(biāo)志置位，然后記錄下停機后13秒的數(shù)據(jù)。運行上位機程序，在主界面上按下“傳送”按鈕后，上位機開始讀取PLC中數(shù)據(jù)。等到程序提示“數(shù)據(jù)傳送完畢”后，按下“顯示”按鈕，將彈出“波形顯示”窗口如圖3所示。從圖中可以看出，該曲線較好的反映了發(fā)電機停機前后機端電壓、勵磁電流的變化。

　　圖3 波形顯示窗口